Puolijohdeteollisuus

Question: Kuka on kehittänyt tyhjiötekniikan?


Puolijohdeteollisuus on teollisuuden ala, joka on käynnistynyt puolijohdekomponenttien kuten transistorien teollisen valmistuksen alkaessa 1960-luvulla USA:ssa. Alan pioneeriyritys on IBM. Tunnetuin ja suurin on tällä hetkellä Intel. Pelkästä transistorien valmistuksesta ala on laajentunut muisteihin, mikroprosessoreihin ja litteisiin näyttöihin. Yhdistävänä tekijänä alan yrityksillä on nykyään samankaltainen valmistusteknologia ja asiakkaat eli elektroniikkateollisuus. 
Puolijohteiden valmistustekniikka
Puolijohdeteollisuuden tuotteita valmistetaan useimmiten piikiekoille, mutta myös lasille ja erilaisille keraameille sekä muoveille siirtämällä niiden pinnalle kaasufaasissa metalleja ja metallioksideja ohuiksi, jopa muutaman atomin paksuisiksi kalvoiksi. Tätä tekniikkaa kutsutaan ohutkalvon kasvatukseksi. Ohutkalvorakenteet voivat olla hyvin monimutkaisia. Tyypillinen pinnoitusmenetelmä on CVD (Chemical Vapor Deposition) ja sen erilaiset muunnelmat. Suomessa teolliseksi prosessiksi kehitetty ALD (Atomic Layer Deposition) on eräs muunnelma kaasufaasipinnoituksesta, jossa kalvoja pystytään rakentamaan atomikerroksittain. Kalvoja voidaan myös poistaa, kun halutaan muodostaa erilaisia johdekuviointeja ja silloin menetelmänä on syövytys, jota sanotaan myös etsaukseksi.
Mikropiiritekniikan kehitys
Mikropiirit valmistetaan yhä 1970-luvulla kehitetyn MOS-tekniikan (esimerkiksi CMOS ja MOSFET) muunnoksilla. Optisen litografian tekniikoilla, joilla valokuvausta muistuttavilla menetelmillä tuotetaan mikropiirin johdinkuviot, on pystytty muutaman vuoden välein pienentämään niin sanottua viivan leveyttä eli pienintä johtimen paksuutta ja saavutettu suurempi pakkaustiheys transistoreille. 1990-luvun lopulla alumiinijohtimista siirryttiin kupariin, jotta mikroprosessoreiden lämpeneminen pienenisi. Uusimpana 45 nm piirien MOS-rakenteeseen on tulossa high-k-eristekalvo. Tätä pakkaustiheyden kehittymistä on aikoinaan ennustettu Mooren lailla ja hämmästyttävän hyvin tämä on toteutunut.
Mikropiirien massatuotanto
Mikropiirien kaikkien, jopa noin sadan pinnoitusvaiheen tekeminen, voi tuottaa tulokseksi niinkin pitkän läpimenoajan kuin 3 kuukautta. Useimmiten koko tuotanto tehdään puhdastiloissa. Kun kaikki pinnoitusvaiheet piikiekolle on tehty, kiekko paloitellaan prosessoreiden kokoisiin paloihin, jotka sitten paketoidaan siten, että ne ovat asennettavissa piirikorteille. Koska pinnoitus kaikkine vaiheineen kestää kauan eikä aika ole riippuvainen pinnoitusalan koosta, myös litteät näytöt tehdään neliömetrin tai suuremmillekin laseille, jotka myös pinnoituksen jälkeen paloitellaan. Mitä suurempi alusta sitä parempi tuottavuus, minkä vuoksi teollisuus onkin parhaillaan siirtymässä halkaisijaltaan 200 mm kiekoista 300 mm kiekkoihin ja standardointi on valmiina 450 mm kiekkoihin.
Muistipiirit
Puolijohdeteollisuuden tuotteita ovat myös muistipiirit:
EEPROM
Flash-muisti
DRAM
Suomalaisia puolijohdeteollisuuden yrityksiä
Vaisala
Okmetic, joka tekee piikiekkoja
Planar, joka tekee elektroluminenssinäyttöjä ALD-menetelmällä.
VTI Technologies valmistaa kiihtyvyysantureita

Katso myös
Mikroteknologia
Mikrosysteemit
Nanoteknologia
Kemiantekniikka
Tyhjiötekniikka
*